水利工程水库大坝碾压混凝土加固施工技术研究

李献斌

(惠州市潼湖水利工程管理中心，广东 惠州 516243)

0 引 言

我国经济持续稳定发展，在基建项目和各种水利工程项目中的投入占比越来越多，加强水利工程项目建设，对农业发展以及各项经济活动，均能够起到保驾护航的作用。

杨红艳在文献[1]中提出，在大坝混凝土施工过程中，运用碾压加固技术，可以最大程度保证水利工程整体质量，以有效融合新方法为施工条件，对大坝的施工质量进行有效管控。

但碾压混凝土施工技术，在实际应用过程中仍存在一些问题，需要进行不断优化，从而更好地促进我国水利工程施工建设的发展。魏留建在文献[2]中提出，在碾压混凝土施工过程中，因为管理不当、人员操作失误以及施工人员工艺存在偏差性等，导致施工出现质量问题，必须对常见的质量问题采取相应措施。

由于水利项目建设的工程量和规模较大，必须在专业性较强的工作人员监督下进行施工。而在水库大坝施工中，需要对整个周期内的施工进行实时监测。夏弘帅在文献[3]中提出，以碾压混凝土技术为施工方法，在水库大坝建设工程中，针对从施工准备到混凝土养护等方面进行了分析。

本文以实际工程为例，研究水利工程水库大坝碾压混凝土加固施工技术，为类似工程的施工建设提供一定的参考与借鉴。

1 水利工程概况

1.1 水文地质条件

本文以建设年份较早的A水库为例，对混凝土加固技术进行试验分析。该水库于上世纪80年代经人工挑筑施工完成，在使用期间并未进行过地质勘查工作，为满足水库大坝的除险加固设计要求，将该工程委托于某勘查公司，进行外业勘查工作。

结合现场地下水文地质条件，按照《岩土工程勘察标准》(GB 50021-2001)，进行水库坝区现场环境调查。勘查期间水库坝体的各个孔位，稳定水位高程在15.26～16.21 m左右。

根据勘查报告显示，该工程所在大部分地区为原始地貌，地形起伏较小，水库坝顶高程为48.12～51.40 m，最大坝高约4.5 m[3]。其地下水中的矿物质元素对钢结构具有一定腐蚀性，因此水库坝体的钢筋混凝土结构也会受到微弱腐蚀。

1.2 水库坝体工程条件

此次选定的水库大坝填土的材料，主要来源于大坝上下游以及坝体的两侧山坡，分为灰黄和灰色两种粉质黏土，局部含有碎石，具有较强可塑性。

坝体最大厚度为10.2 m，层底高程范围为43.00～46.50 m。为研究碾压混凝土加固技术的施工方法，需要找到较为薄弱的坝身进行加固操作。选择多个部位进行检测，对坝身和坝基接触部位进行野外注水试验，具体结果见表1。

表1 坝身与坝基接触部位注水勘查成果

根据表1可知，在此次水库坝体中选择5个位置，对每个孔位进行土层标记，每组勘查段的长度范围一致，均为1.4～4.2 m。

对具有中透水性的坝体位置进行观察，其坝身与坝基接触处防渗性较差，有局部渗水的现象，因此对其进行碾压混凝土加固施工。

2 水库大坝碾压混凝土加固施工过程

2.1 拌制混凝土修建材料

对选定的水库坝体进行加固，利用碾压混凝土加固技术进行施工，修建混凝土灌注泥浆池，选择型号为120#的浆砌块石进行砌筑，内部进行抹面。

在修建完毕泥浆池后，对施工材料进行拌制。选定制浆材料，以优质膨润土作为泥浆材料，其性能指标见表2[4]。

表2 膨润土性能指标

根据表2可知，此次选择的3种类型膨胀土中，Q20型号的性能指标最优，以此作为混凝土施工原材料。

除膨润土以外，还需选择其他材料。在水库中抽取用水，分别加入分散剂纯碱和羧甲基纤维素(CMC)增稠剂，以及水泥防漏剂等材料。

按照实际检测结果，对标记的坝体加固标准进行设定，以一般卵石层和漏失地层为标准，对搅拌材料的配合比进行设定，具体情况见表3。

表3 混凝土泥浆配比参数 /%

根据表3可知，按照上述比例进行混凝土配制，以保证材料达到施工性能指标。具体如下：泥浆浓度需大于5.2%，漏斗黏度为40～60 s，且配置密度需要小于1.5 g/cm3。在搅拌完毕后10 min静切力需要达到1.6～15 N/m2，为减少材料本身的腐蚀性能，其pH值需要控制在9.6～12.5之间。

以性能指标为制备基础，设定混凝土搅拌方式：选择高速搅拌机，制浆标准为40 m3/h，每次搅拌时间不超过4 min，且各类材料的加料误差不得超过3%。将拌制完成的混凝土材料放置在泥浆池中，等待施工。

2.2 设计加固槽段几何尺寸

以冲击钻为槽段钻孔设备，将3台设备为一组，对A3号位置和A5号位置进行槽段钻孔施工，设计其几何尺寸。

此次加固过程在多网格放置前提下，在初次振实完毕混凝土材料后，等待满足干容量要求，即27.5～29.7 kN/m3之间。对划分完毕的加固位置进行标记，放置钢筋装置，见图1。

图1 放置浇筑钢筋装置

图1中，将钢筋栏板依次按顺序进行下放，使其能够满足浇筑前坝基高程范围，设定初始混凝土铺设面为8 cm[5]。在钢筋下放完成后，采用蒸汽方式进行加热，控制后期混凝土加固过程中的浇筑温度能够保持在12℃～16℃范围内。

将冲击钻钻头中心对准槽段中心线，设置两组钻机之间距离为3.5 m，先使用小冲击间断的方式进行开孔，控制每分钟冲击次数40次。

当导向孔设计结束后，进行抓槽工作，按照顺序从两侧向中间移动，首次抓长不得超过3.2 m。对选定的坝体进行混凝土加固施工，设定具体施工内容，通过修建施工平台，对水库坝体的导墙进行防渗加固。

2.3 修建坝体施工平台

设计坝体修建图纸，将高程按照1∶1.4的坡度进行修筑。利用薄混凝土防渗墙技术，在现有的水库坝体检测位置上，修建厚度为0.5 m的防渗墙，墙底嵌入风化麻岩石，厚度为0.8～1.4 m。对地层内的适应范围可以加宽，在其中放置一定量的砂土层，保证坝基的密实程度，此次最大建墙深度最低需达到45 m。

设计完毕坝体施工平台后，对导墙体进行施工，采用蛙式打夯机对导墙底进行夯实，并对导墙底部进行砂浆垫底。当砂浆垫底形成初凝效果后，在其面上放置导边墙线，并进行导墙的钢筋捆绑和扎实，以此固定浇筑模板和调直经纬仪。见图2。

图2 对标浇筑模板与工具

图2中，将仪器放置在导墙钢筋中，对其进行绑扎找准，利用水准仪进行找准设定，当所有导墙处于同一平面后，可以进行混凝土浇筑。整个浇筑过程中会采用插入式振捣器，对混凝土材料进行充分振动，待填筑材料达到一定强度后，才可以拆除模板。导墙要平行于防渗墙的中心线，可容许偏差为1.5 cm。

拆除混凝土导入墙模板后，需要对坝体进行混凝土碾压加固，先对坝基进行多次碾压，以形成较为坚固的水坝基底。在混凝土回填时，需要对每一次的碾压过程进行密实处理，按照分段碾压的方式，对混凝土材料进行铺设。

2.4 分段碾压铺设混凝土材料

在完成钢筋结构填筑后，对表面进行抹平处理，利用多台振动碾设备，在其表面进行数次碾压，次数至少为7次。通过不同施工坝体的槽段设计，以分块分段的方式对坝体进行加固，每次加固的分段长度设置在150～300 m之间。

对每个区域进行铺料厚度设定。其中，在主坝区的铺设厚度为1 000 mm，次坝区的厚度为1 200～1 600 mm，过渡区厚度为600 mm。设定混凝土的碾压铺设顺序，以进占法为碾压方式，选择碾压机对铺设完毕的混凝土进行压制，最后一次碾压过程见图3。

图3 最后一次碾压铺设过程

图3中，此次选择推土机设备，对混凝土材料进行最后碾压铺设，采用边振动边碾压的方式对其进行压制。

在完成全部碾压后，静止其表面干燥，对每个标记点位置中的铺设成果进行清理和保水养护，在加固后的表面间断性进行洒水处理，见图4。

图4 清理并养护加固表面

图4中，利用自动养护仪对坝体表面进行处理，在为期2周的养护时间中，对标记点的施工坝体进行检测。通过测试加固坝体的渗水系数，测试数据需要超过标准设计要求，以此完成碾压混凝土加固施工全过程。

3 加固施工结果测定

混凝土碾压质量直接影响坝体施工质量，在施工完成后需要对坝体材料进行质量检测，以此验证其是否达到规定的密实度。对选定的两处施工点，A3号和A5号进行随机取样，检测碾压混凝土的抗压强度和渗透系数。

在混凝土施工过程中，此次对两处碾压点均标记了浇筑槽口，且在两组加固的位置上，分别留取了测试样本，按照实际施工时间，对样本材料进行放置，使其与加固坝体所处环境一致。对留取的混凝土样本材料进行测试，以施工35天为标准，分别检验其抗压强度和渗透系数，验证碾压混凝土加固技术的应用效果。

3.1 施工35天后抗压强度检测结果

在碾压加固施工过程中，对混凝土搅拌材料进行现场取样，由施工单位进行室内成型和养护工作，在达到35天龄期后，送去测试中心进行性能检验。

按照施工标准养护的样本材料，其颜色较为均匀，没有明显缺陷，并对成型的混凝土槽块进行钻孔检测。

对两组加固修复位置中的混凝土槽块，均钻取5个孔位，以拉力检测机器为测试工具，对上述孔位进行测试。由于钻孔检测能够直接对整个墙体的质量进行整体性分析，分别设置不同孔深为变量条件，即7和10m，依次完成测试，具体结果见图5。

根据图5可知，在孔深7 m变量条件下，两组加固点的抗压强度最大值接近9.00 MPa，符合抗压施工标准。

为保证在强洪水标准下，大坝坝体仍具有高抗压性质，对孔深进行加深，进行深度为10 m的抗压检测，具体结果见图6。

图5 孔深7 m变量下抗压强度检测结果

图6 孔深10 m变量下抗压强度检测结果

根据图6可知，在孔深10 m变量条件下，两组加固点的抗压强度最大值为8.0 MPa，符合抗压施工保准。

综合试验结果可知，此次以碾压混凝土施工为大坝加固方法，可以保证在不同孔深下，大坝坝身具有较大抗压强度，具有实际应用价值。

3.2 施工35天后渗透系数检测结果

在抗压强度满足标准的前提下，对其渗透系数进行检测，以注水方式为检测标准，在不同孔深下进行防渗性能测试。仍以上述两种钻孔深度为标准，对每个孔位进行注水，在超强压力下保持30 min的留置时间。在完成放置后，为减少测试时间，直接采用渗水系数检测仪器，具体结果见图7。

根据图7可知，在两个施工位置中，无论是7 m测试孔深还是10 m测试孔深，其防渗系数均低于2.42×10-6cm/s，具有实际应用效果。

图7 渗透系数检测结果

4 结 语

本文以某水利工程中的大坝施工过程为例，针对碾压混凝土加固技术提出了新的要求和养护方法，并得到较好的施工效果。研究结果表明，按照本文方法进行大坝碾压加固，混凝土的抗渗处理有大幅度的提升效果。